摘要：基于特征函数匹配方法,建立了两层流体中垂直圆柱浮体水波辐射问题的求解理论,导出了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数的计算公式.针对垂荡、横荡与横摇振荡运动模式,计算分析了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数特性,并与均匀流体的情况进行了比较.结果表明,在垂直圆柱浮体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有显著影响的.

摘要：考虑到小展弦比舵所存在的三维效应,利用附加质量系数ε和环量系数δ对经典Theodorsen两自由度运动方程进行修正,并与经典颤振实验结果进行比较,验证了修正后两自由度运动方程的适用性.质量比μ的不同会引起两自由度舵-轴系统振动V-g曲线形态的差异,故根据V-g曲线形状的不同将系统的振动分为第一类振动和第二类振动,其对应情况下可能发生的颤振为第一类颤振和第二类颤振.利用修正后的两自由度颤振理论模型分析了支撑刚度k_h、扭转刚度k_α、舵弦向重心位置x_α和初始攻角AOA对舵-轴系统颤振特性的影响规律,并通过开展相关实验对理论计算值进行验证,实验结果与计算值吻合良好.计算结果表明,k_h,k_α,x_α和AOA对颤振速度V_F存在显著影响,它们可以分别在一定的取值范围内导致系统发生第二类颤振.并且,V_F随k_h的增大单调增大,随k_α和x_α的增大先增大再减小,随AOA的增大则逐渐减小.其中,令V_F存在非零值的x_α取值范围狭小,反映了系统振动形态对x_α的敏感性.因此,在设计阶段避免将x_α设置在这个狭小的范围内可以降低颤振的发生几率.另一方面,由于V_F对k_h和k_α的反应缓慢,一旦颤振发生就可以通过将刚性轴锁紧来消除颤振效应.

摘要：在具有密度跃层的分层流体中,采用沿水槽中纵剖面对称布置电导率探头阵列的方法,对1个球体和2个不同长径比细长体在拖曳运动下激发内波的时空特性进行了系列实验.结果表明:存在一个与长径比近似为线性关系的临界Froude数Frc,当FrFr_c时,内波相关速度均小于物体运动速度,其相关速度Froude数Fr_(iw)均在0.43—1.18之间的一个条带内变化,尾迹效应内波为主控内波,内波波高均随拖曳速度增大而近似线性增大.此外,从波形结构上看,体积效应内波关于水槽中纵剖面是对称的,而尾迹效应内波关于水槽中纵剖面是不对称的.结合上述实验结果,在已有针对拖曳球产生内波的等效源理论模型基础上,针对体积效应内波,提出了不同长径比模型的等效源移动速度和体积的设置方法;针对尾迹效应内波正对称和反对称这一特性,提出了正对称组合源和反对称组合源理论模型及其参数设置方法.所得计算结果在波高、波形结构和波系分布上与实验结果符合良好,表明了所提出的理论模型及其参数设置方法的合理性和有效性.

摘要：针对管线与垂直立管系统内严重段塞流的流动特性,建立了一种高效的不完全依赖于实验参数的一维瞬态理论预测模型.该模型不仅能够预测不同类型严重段塞流的发生范围,还能得到压力、周期、流量、气液速度、含气率和折算速度等严重段塞流特性参数,并可对管道系统内气液流态的变化进行实时判别.理论模型预测结果与实验吻合较好.

摘要：走向深水是世界石油工业发展的必然趋势,一种新型深水立柱式Spar钻井生产储卸油平台概念SDPSO应运而生.油水置换储油技术是新型SDPSO平台能否成功应用于深水油田开发的关键核心技术.论文针对我国南海深水边际油气田开发的实际需要,设计和开展了SDPSO水下油水置换中试试验研究,详细分析静态、动态、极端海况等情况下SDPSO油水置换过程中水中含油量的变化.试验结果表明SDPSO平台储油系统的生产水含油浓度远远低于国家相关的排放标准,且极端海浪环境引起的平台大幅度6自由度运动对置换水中含有的浓度无明显影响.此外,水缓冲舱在一定程度上可起到分离油水的作用.这些成果初步验证了SDPSO油水置换储油工艺的安全性和可行性,为SDPSO平台的设计和建造提供技术支撑.

摘要：海洋中的孤立波对半潜式钻井平台的作业安全有重大影响。基于某海域实测的内孤立波参数,数值计算实尺度半潜式钻井平台承受的内孤立波载荷。在传统的风、浪、流载荷动力定位能力分析方法中引入内孤立波载荷,应用二次规划方法求解平台在多种环境载荷作用下的动力定位能力,获得不同海水层化状态下内孤立波的极限安全波幅。研究结果表明:内孤立波对平台的纵荡载荷与入射角的关系为正弦函数,横荡载荷与入射角的关系为余弦函数,两者之间的相位差为45°。当内孤立波来波方向约为60°时,无论海水层化状态如何,都将出现较为严重的定位失效情况。应及时调整平台艏向,避免在该方向遭遇内孤立波,以保证平台作业安全。

摘要：抛载系统是水下机器人安全工作的核心关键部分。以“思源号”全海深ARV(自治缆控水下机器人)为研究对象,开展ARV作业过程中压载水下释放问题研究。通过在ARV底盘下侧布置下潜抛载模块,上艇体两侧对称布置上浮抛载模块,设计了一套基于电磁驱动的超高压水下抛载系统。利用Maxwell 2D电磁场有限元分析软件对非接触式电磁铁作了静磁场数值分析,得到电磁铁的磁力线与磁通密度分布图,验证了抛载电磁铁可以满足压载吸附和抛弃的功能。设计了一种非磁性钛合金隔离片,用于消除电磁铁断电后存在的吸附效应,解决了抛载失败的问题。开展了电磁吸力测试、可靠性试验、超高压试验以及深海试验,试验结果验证了所设计的全海深ARV抛载系统能够在深海环境下实现水下释放压载,为全海深ARV实现上浮下潜和水下浮态控制提供重要保障。

摘要：水动力严重段塞流型相比于一般的地形严重段塞流发生范围更广且危害类似,因此需要在工程设计上给予关注.在水平-下倾-立管组合管线实验装置上,针对入口处不同气液两相流量组合,对该种组合管线系统中气液两相流特性开展了实验研究,获得了水平管和立管内气液两相流型图.实验发现,当水平管内流型处于分层流向段塞流过渡阶段时,可能会出现间歇式的阻塞流,该阻塞流如能进入立管,则立管内会出现类似于严重段塞流的流型,称为水动力严重段塞流.对该流型的演化及气液流动过程进行分析,获得了周期及压力波动与入口气液流量之间的相关关系,以及该流型形成机理及其发生范围.实验结果揭示了水动力严重段塞流的相关机理,为工程设计上的危害预防和缓解方案提供了理论基础.

摘要：走向深水是世界石油工业发展的趋势,一种集干树钻井生产储油和卸油为一体的新型SDPSO平台应运而生。油水置换储油技术是SDPSO平台能成功应用于深水油田开发的关键核心技术。在中国海洋石油集团公司的大力支持下,北京高泰深海技术有限公司已联合国内多家高校开展了一系列SDPSO平台油水置换小型模型试验研究,初步验证了SDPSO平台油水置换工艺的可行性与优越性。针对我国南海深水边际油气田开发需要和南海原油特性,开展SDPSO平台油水置换中试研究,设计一系列科学、严谨、合理的试验与数值模拟方案,建造一套成本较低、仿真度高、自动化程度高、操作简便、安全性能好的中试试验装置,研制一套精度较高的油水温度、水中含油量和油水界面位置在线测量系统,并在此基础上全面系统地研究SDPSO平台湿式储油系统涉及的置换水中含油和油水传热等多个关键技术问题。论文概要介绍油水置换储油技术应用于浮式平台存在的关键技术问题以及新型SDPSO平台油水置换中试的主要研究内容,并具体介绍了该课题研究工作的第一部分内容,即中试试验方案与数值模拟方案设计。

摘要：基于水弹性力学理论,建立适用于该研究的流激振动相似理论,并发展舵翼系统实验模型设计方案及特性参数等效处理方法。在舵翼系统实验中,使用两组拉伸弹簧分别模拟系统的扭转刚度和支撑刚度,并利用精准的测量方法对系统的重心位置以及转动惯量进行标定。实验在空泡水筒中进行,利用加速度传感器和倾角仪测量舵的法向振动和扭转特性,利用光纤光栅测量翼的振动响应特性,通过控制来流速度、支撑刚度、扭转刚度以及初始攻角等参数,获得了不同参数组合条件下,水下航行体舵翼系统实验模型的振动响应特性。通过原始信号及经快速傅里叶变换所获信号频谱,分析了舵模型和翼模型振动响应的时域和频域特性。